Elektrisch leitende Keramik als Sensormaterial für die Hochtemperaturrauschthermometrie

Hoffmann, D.

Book/Report

FZJ-2018-03877

Elektrisch leitende Keramik als Sensormaterial für die Hochtemperaturrauschthermometrie

Hoffmann, D. (Corresponding author)FZJ*

1992
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2649, 111 p. (1992)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19193

Report No.: Juel-2649

Abstract: Vom Einsatz keramischer Sensormaterialien verspricht man sich für die Rauschthermometrie, ein Verfahren zur Messung der absoluten Temperatur über das thermische Rauschen, höhere Standzeiten und somit genauere Messungen, insbesondere bei hohen Temperaturen, als mit herkömmlichen Rauschwiderständen, die aus dünnen Metalldrähten bestehen, die durch eine Viellochkeramik gefädelt oder gewendelt werden. Eine Aussage über die Eignung eines Sensormaterials ist erst möglich, wenn es gelingt, einen kompletten Rauschfühler, bestehend aus Widerstand, Isolierung, Kontaktierung in Vierleitertechnik und Schutzrohr zu bauen, was beihohen Temperaturen aufgrund von Materialunverträglichkeiten oft problematisch ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Materialien und Fühlertypen untersucht: Für den Einsatz in oxidierender Atmosphäre wurden Widerstände aus Metall - Keramik - Verbundwerkstoffen hergestellt und getestet, sowie Rauschsensoren aus dotiertem Lanthanchramit untersucht. Die Cermets sind langfristig bis etwa 1400$^\circ$ C, kurzfristig bis 1600°C einsetzbar, dotiertes Lanthanchromit kann höchstens bis 1000°C eingesetzt werden. Widerstände aus Siliziumkarbid (SiC) verschiedener Herstellungstechnik, Borkarbid und Graphit waren Gegenstand der Untersuchung für den Einsatz in inerter Atmosphäre. Hierbei wurden unterschiedliche Varianten der Kontaktierung getestet, wobei eine Kontaktierung mit langen Graphitschnüren günstiger ist als eine Variante, bei der Rheniumröhrchen an zwei kurze Schnüre angeklebt werden und die weitere Kontaktierung mit je zwei angeschweißten Rheniumdrähten erfolgt. Rekristallisiertes und dichtgesintertes SiC eignen sich als Sensormaterialien bis mindestens 1800°C, Borkarbid hat zwar ein geeignetes Temperaturspektrum bis 2000°C, die Leitfähigkeit ist allerdings etwas hoch. Die besten Ergebnisse erzielt man mit Fühlern, bei denen sowohl Sensor als auch Zuleitungen aus Graphitschnur bestehen, die aus Endlosfilamenten geflochten und gereinigt ist. Solche Fühler messen recht genau bis über 2000°C und überstehen zahlreiche Temperaturzyklen zwischen Raumtemperatur und 2000°C unbeschadet. Sie sind somit sowohl Fühlern mit herkömmlichen Rauschwiderständen aus dünnen Wolfram - Rhenium - Drähten, als auch Thermoelementen überlegen. Hafnuimoxid erwies sich bei Leitfähigkeitsmessungen und Stabilitätstests als vielsprechendes Isolationsmaterial. Das für die Hochtemperaturrauschthermometrie wichtige Problem der Materialverträglichkeit wird anhand konkreter Beispiele diskutiert.

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